污染控制化学
张维昊 博士 副教授
zhangwh@whu.edu.cn
13971186125
污染控制化学
? 1 绪论
? 2 污染控制化学基本原理
? 3 大气污染控制化学
? 4 水污染控制化学
? 5 土壤污染控制化学
? 6 固体废弃物污染控制化学
? 7 污染控制化学进展
1 绪论
1.1 环境问题
1.1.1 环境问题及其发展过程
1.1.2 环境问题认识过程
1.1.3 当前面临的主要环境问题
1.1.1 环境问题及其发展过程
? 由于人为因素使环境的构成或状态发生变化,导致环境素
质下降,从而扰乱和破坏生态系统和人们正常的生活和生
产条件。
? 环境污染的具体表现,
? a、有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染并达
到致害的程度
? b、生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏
? c、不可再生资源被滥采滥用
? d、固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成
对环境的损害
? 造成环境污染的因素,
? 有物理的、化学的和生物的三方面,其中由化学物
质引起的约占 80%-90%。
1.1.2 环境问题认识过程
1 二次大战后化学工业的
迅猛发展
2 1962年 Rachael Carson
, 寂静的春天,
( Silent Spring)
在接下来的 20世纪 60年代,70年代和 80年代逐渐形成了
一个规律:首先是发现某一个化学药品具有与预定功效相反的
副作,有时这些副作用甚至远远超过了其预期的功效,从而造
成了环境问题,接下来是人们的抗议示威,然后是制定法规、
条款来管理和对付该药品的环境问题。
主要工业部门排放到环境中的废物的比例
1.1.2 环境问题认识过程
? 20世纪 60年代,人们把环境问题只当成一个污染问题,没有
把环境问题与自然生态、社会因素联系起来,低估了环境污
染的危害性和复杂性,未能追根寻源。
? 1972年,联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议,第
一次把环境问题与社会因素联系起来。
? 20世纪 80年代,人们对环境的认识有了新的突破性发展,提
出了持续发展的战略,指明了解决环境问题的根本途径。
? 1992年,联合国在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展
大会,这是本世纪人类社会的又一重大转折点,树立了人类
环境与发展关系史上新的里程碑。
? 2002年,在南非约翰内斯堡召开了联合国可持续发展大会。
1.1.2 环境问题认识过程
? 我国分别在 1973,1983,1989和 1996年召开
了四次全国环境会议,推动了我国环境保护事业
的发展和人们对环境认识的发展。
? 随着环境问题的日益严重,人类对环境问题的认
识也在不断提高。在当今世界上,人们越来越清
楚地看到,环境问题已不再是某个国家和局部地
区的事情,而成为全球性的问题。
1.1.3 当前面临的主要环境问题
? 人口问题
? 资源问题
(土地、石油、水)
? 生态破坏
(全球气候变暖、臭氧层破坏、生物物种锐减、沙漠化、酸雨 )
? 环境污染
(大气、水、土壤、噪音、光、辐射)
城市市区原有自然生态系
统遭到破坏,从而引发了各
种环境问题
? 经济快速发展
? 人口急剧膨胀
? 资源大量消耗
1.1.3 当前面临的主要环境问题
随着社会经济快速发展, 城市化进程加速和人民生活水
平迅速提高, 今后 10-20年我国环境保护和污染防
治将面临更大的挑战 。
● 快速的经济增长-污染防治压力越来越大
● 小康社会生活水平-环境质量的要求越来越
● 发达国家技术进步-国际环境标准越来越严格 。
1.1.3 当前面临的主要环境问题
与发达国家的差距
● 我国环境问题的严重性和复杂性
● 发达国家环境质量显著改善,污染控制技
术已取得绝对优势;
● 发达国家研究重点向绿色技术、环境修复
与环境安全转移;
● 我国环保科技整体水平与发达国家差距明
显,并有扩大的趋势。
2020年我国环境保护的目标
● 环境污染得到有效控制
● 生态恶化趋势基本得到遏制
● 全国大部分地区的环境质量明显改善
● 部分重要生态系统得到重建与修复
● 建设一批生态城镇
● 重点区域社会、经济、环境实现协调发展
我国环境科学与工程领域急需解决的
重大问题
我国环境科学与工程领域急需解决的
重大问题
? 1.地表水污染机理与水环境修复
? 2.地下水污染与修复
? 3.安全饮用水技术保障体系
? 4.污废水处理与资源化成套技术
? 5.大气污染形成机理与控制
? 6.城市空气质量控制机理与技术
? 7.城市物理污染机理及其控制
我国环境科学与工程领域急需解决的
重大问题
? 8.土壤污染机理与修复
? 9.固体弃物处理处置与资源化
? 10.绿色化学与清洁生产
? 11.环境监测新技术
? 12.持久性有毒物质与生态安全
? 13.区域环境调控与环境建设
? 14.国家重大建设项目与生态环境安全
1 绪论
? 1.2 污染控制化学
? 1.2.1 污染控制化学的定义
? 1.2.2 污染控制化学的研究内容
? 1.2.3 污染控制化学的特点和研究方法
? 1.2.4 污染控制化学的研究进展
1.2 污染控制化学
1.2.1 污染控制化学的定义
? 污染控制化学主要研究与污染控制有关的
化学机制及工艺技术中的化学基础性问题。
1.2.1 污染控制化学的定义
? 从 20世纪 50年代开始,经 20世纪 60年代的酝酿和准备,
到 20世纪 70年代初期,在环境污染防治领域,不同学科
经过较长时间的孕育和发展过程,最终在化学、环境化学
和环境工程学的基础上产生了一门以研究污染物质的化学
行为与变化规律及其治理控制的化学原理和原则为目的的
全新学科 —— 污染控制化学。
? 污染控制化学是在人类解决环境污染问题和全球环境
问题的过程中逐步形成和不断发展起来的,是以化学科学
的传统理论和方法为基础,以化学物质在环境中出现而引
起的环境问题为研究对象,以解决环境污染问题为目标的
一门新兴学科。
? 因此,污染控制化学是环境化学在研究化学物质在环境中
的来源、存在、化学特性、行为和效应基础上,以污染物
控制与治理为目标,研究其中化学原理和过程的学科。污
染控制化学,是一门多学科的综合交叉性学科,是环境科
学的二级学科,是环境化学的一个重要分支,也是环境工
程的核心组成部分。
1.2.2 污染控制化学的研究内容
? 污染控制化学的主要任务是在研究化学污染物质在
大气、水体、土壤等自然环境中的来源、化学特性、
迁移转化过程基础上,研究化学污染物质控制与治理
的化学原理和技术方法。
? 污染控制化学以环境污染控制的化学原理为重点,包
括大气污染控制化学、水污染控制化学和固体废弃物
污染控制化学等内容,主要围绕化学污染物质在环境
中的污染化学行为和效应以及化学污染物降解和无害
化等方面进行了大量研究。
1.2.2 污染控制化学的研究内容
? 作为一门新兴的科学,其基础理论仍处于发展之
中,新的成就和发展层出不穷,提出了污染预防
( Pollution-Prevention)、清洁生产( Cleaner-
Production)、绿色化学( Green Chemistry)和
工业生态学( Industrial Ecology)等一些列污染控
制的战略思路。
? 目前对于污染控制化学覆盖的研究领域以及分支学科
的分类方法和名称尚不一致,因此对污染控制化学的
研究内容做出完整地描述也为时过早。现将污染控制
化学的几个主要研究内容进行简单介绍,
(一 )大气污染控制化学
? 大气污染控制化学的主要任务是在研究大气中污
染物的化学变化规律的基础上,全面综合化工原
理、有机无机化学等化学学科及其环境工程学,
研究解决局部环境或全球环境中大气污染问题的
基本化学原理和原则,并进一步提出可行性工程
技术。
? 煤烟型污染 光化学烟雾
? 无机气体污染( SO2,NOx) 有机物污染
? 局部大气污染 区域性污染(酸雨、臭氧层破坏、
温室效应) 全球环境问题
(一 )大气污染控制化学
? 气态污染物净化技术近年来发展较快,在
新机理、新技术开发应用有突破性的进展,
其前沿及热点有生物和酶技术、等离子体
技术、光催化技术、膜分离技术等,这些
污染物净化技术的新进展是物理学、化学、
生物学等基础学科和材料、反应工程学等
应用学科的迅速发展所促成的。因此,加
快引人基础科学成果的新成果,实现多学
科交叉,是当前发展污染治理的关键,大
气污染控制化学的重要发展方向。
(二 )水污染控制化学
? 水污染控制化学是污染控制化学研究的另
一个重要方面,它在研究天然水体中化学
污染物质的化学形态、行为、反应过程及
其归宿的基础上,重点研究水污染物质在
特定污染控制过程中化学特性和化学或生
化反应参数,并建立相关的数学模型和动
力学方程。
(二 )水污染控制化学
? 当前城市生活污水和工业废水的处理技术日趋成熟,因此
现阶段水污染控制化学的研究重点是水体中一些难降解的
有机物和三致污染物,对其化学组成进行系统分析和表征,
研究其降解 (化学的、生物的和光的 )过程,包括中间产物
及最终产物的毒性和生物效应,同时开始运用系统工程学
来研究整个水体中的污染综合防治问题。
? 水体中有害、有毒或致癌性微量污染物质带来的环境问题
日趋明显。对微量污染物去除技本的研究和探索,已成为
水环境化学和水污染控制化学的一个重要研究课题。
? 研究重金属的独特化学行为和变化规律,并为重金属的处
理提供可行性处理处置工艺。
? 洗涤剂、表面活性剂和各类添加剂的大量使用造成严重的
水体富营养化问题,对环境中磷氮化合物的循环研究和脱
氮除磷技术的深入研究正在加强,成为水污染控制化学的
另一个重要研究方向。
(三 )固体废弃物污染控制化学
在自然条件影响下,固体废物中的部分有害成分可
以通过水、大气、土壤等途径进入环境,对环境
和人类造成潜在的长期危害,主要表现在大气、
水体、土壤和公共卫生几个主要方面。
固体废弃物污染控制化学的研究重点主要集中在填
埋场中的生物降解热力学与动力学、填埋场渗滤
液的生物化学与胶体化学、堆肥稳定化过程的生
物化学、焚烧过程的热力学与尾气处理化学、典
型废物的资源化过程化学、危险废弃物包括中低
放射危险废弃物处置的过程化学。
1.2.3 污染控制化学的特点和研究方法
特点,
1,对象复杂
2,低浓度
3,综合性
研究方法,
1,调查和监测
2,实验和模拟
1.2.4 污染控制化学的研究进展
? 绿色化学
? 从源头消除污染的途径
? 新设计化学合成方法和化工产品来根除污染源
1.2.5 污染控制化学的研究进展
清洁生产,是国际社会在工业污染治理经验教训的基础上提
出的一种新型污染预防和控制战略,随着清洁生产实践的
不断深入,其定义一再更新,其内容又逐步扩展到服务业、
产品、消费等方面,其原则和方法已经融合到环境保护和
经济发展的各方面:不仅广泛应用于废水、废气、固体废
物的污染防治,而且还延伸到技术改造、生产管理、经济
结构调整、环保产业、环境贸易和法制建设等领域,并开
始探索建守, 循环经济, 和, 循环社会, 。
?, 中华人民共和国清洁生产促进法, 中的清洁生产是指:
,不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进
的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施,从源头
削减污染,提高资源利用效率,减少或者避免生产、服务
和产品使用过程中污染物的产生和排放,以减轻或者消除
对人类健康和环境的危害。,
1.2.5 污染控制化学的研究进展
? 联合国环境规划署对清洁生产的定义为:
,清洁生产是 — 种新的创造性思想,该思
想将整体预防的环境战略持续应用于生产
过程、产品和服务中,以增加生态效率和
减少人类及环境的风险。,,对生产过程,
要求节约原材料和能源,淘汰有毒原材料,
削减所有废物的数量和毒性。,,对产品,
减少从原材料提炼到产品最终处置的全生
命均期的不利影响。,,对服务,要求将
环境因素纳入设汁和所提供的服务中, 。
1.2.5 污染控制化学的研究进展
? 工业生态学,是迅速发展的一个领域,它从局地、区域和
全球三个层次上系统研究产品、工艺、产业部门和经济部
门中的物质与能量的使用和流动,它集中研究工业在降低
产品生命周期的环境压力方面的潜在作用,产品生命周期
包括原材料采掘、产品制造、产品使用和废弃物管理。
? 2000年成立的工业生态学国际学会 (The International
Society forIndustrial Ecotogy)认为:工业生态学提供
了一个强有力的多视角工具,通过它,可审视工业和技术
的影响及其在社会和经济中相关的变化。工业生态学是一
正在形成的领域,它研究产品、过程、工业部门和经济活
动中的原料和能源在局地、区域和全球范围的使用与流动。
它关注工业通过产品生命周期及与之相关的问题在减少环
境负荷方面的潜在作。